CN111599730A - 刻蚀液供给装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刻蚀液供给装置及方法,所述刻蚀液供给装置包括主药液槽、辅助药液槽及氧气注入单元,所述氧气注入单元被配置为向所述辅助药液槽中的刻蚀液注入氧气,以使所述辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;所述主药液槽与所述辅助药液槽连通,所述辅助药液槽中的刻蚀液用于供给所述主药液槽,所述主药液槽中的刻蚀液用于与作业腔保持刻蚀液的交换。如此配置,可使主药液槽中的刻蚀液保持稳定的氧浓度,提高刻蚀液的刻蚀速率稳定性,实现晶圆刻蚀后其厚度及平整度的有效控制,还可延长作业腔的使用周期。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种刻蚀液供给装置及方法。
背景技术
背照式图像传感器(BSI)芯片制造中,晶圆硅减薄后其厚度及其平整性对器件的性能具有非常关键的影响,需要刻蚀液对硅的刻蚀速率具有较高的稳定性。目前,工业主流的刻蚀设备采用TMAH(四甲基氢氧化铵)作为刻蚀液,新的TMAH刻蚀液具有较低的氧浓度,而随着刻蚀作业的进行或放置时间的增加,TMAH刻蚀液的氧浓度逐渐升高。TMAH对硅的刻蚀速率随刻蚀液中溶解的氧浓度升高而降低,由此导致刻蚀液的刻蚀速率稳定性较差,以至不同批次的晶圆硅减薄厚度出现差异,严重影响器件性能的稳定性,增加工艺难度。
此外,在硅刻蚀工艺中,TMAH刻蚀液不断刻蚀晶圆表面的硅,形成含硅的杂质,污染刻蚀液。当刻蚀液中杂质浓度达到工艺要求的上限后,需要在刻蚀设备中更换刻蚀液,更换刻蚀液的过程涉及到排出旧刻蚀液、注入新刻蚀液、对刻蚀液加热和温度校正等过程,该过程周期较长且影响设备使用效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刻蚀液供给装置及方法,以解决刻蚀液对晶圆刻蚀速率稳定性较差的问题。
为解决上述技术问题,基于本发明的一个方面,本发明,提供一种刻蚀液供给装置,包括:主药液槽、辅助药液槽及氧气注入单元,
所述氧气注入单元被配置为向所述辅助药液槽中的刻蚀液注入氧气,以使所述辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;
所述主药液槽与所述辅助药液槽连通,所述辅助药液槽中的刻蚀液用于供给所述主药液槽,所述主药液槽中的刻蚀液用于与作业腔保持刻蚀液的交换。
可选的,所述主药液槽包括硅浓度传感单元,所述硅浓度传感单元用于检测所述主药液槽中的刻蚀液的硅浓度值;当所述硅浓度传感单元所检测的硅浓度值达到第一预定值时,所述主药液槽用于排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽用于向所述主药液槽供给与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
可选的,所述主药液槽包括氧浓度传感单元,所述氧浓度传感单元用于检测所述主药液槽中的刻蚀液的氧浓度值;当所述氧浓度传感单元所检测到的氧浓度值偏离预设范围时,所述主药液槽用于排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽用于向所述主药液槽供给与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
可选的,所述刻蚀液供给装置还包括温控单元,所述温控单元被配置为调节所述辅助药液槽中的刻蚀液的温度至第二预定值,以及调节所述主药液槽中的刻蚀液的温度至所述第二预定值。
可选的,所述主药液槽被配置为按预定时间间隔排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽被配置为向所述主药液槽供给与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
基于本发明的另一个方面,本发明还提供一种刻蚀液供给方法,包括,
向辅助药液槽注入氧气,使所述辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;
将所述辅助药液槽中的刻蚀液输送至主药液槽;
利用所述主药液槽中的刻蚀液与作业腔保持刻蚀液的交换;
可选的,所述刻蚀液供给方法还包括:获取所述主药液槽中的刻蚀液的硅浓度值;当所述硅浓度值达到第一预定值时,控制所述主药液槽排出一部分的刻蚀液,并由所述辅助药液槽向所述主药液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
可选的,所述刻蚀液供给方法还包括:获取所述主药液槽中的刻蚀液的氧浓度值;当所述氧浓度值偏离预设范围时,控制所述主药液槽排出一部分的刻蚀液,并由所述辅助药液槽向所述主药液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
可选的,所述刻蚀液供给方法还包括:将所述辅助药液槽中的刻蚀液的温度调节至第二预定值,以及将所述主药液槽中的刻蚀液的温度调节至所述第二预定值。
可选的,所述刻蚀液供给方法还包括:控制所述主药液槽按预定时间间隔排出一部分的刻蚀液,并由所述辅助药液槽向所述主要液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
综上所述,在本发明提供的刻蚀液供给装置及方法中,所述刻蚀液供给装置包括主药液槽、辅助药液槽及氧气注入单元,所述氧气注入单元向辅助药液槽中的刻蚀液注入氧气,以使辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;主药液槽与辅助药液槽连通,并将辅助药液槽中的刻蚀液供给主药液槽,所述主药液槽中的刻蚀液用于与作业腔保持刻蚀液的交换。如此配置,通过设置辅助药液槽作为刻蚀液的缓冲容置槽,通过氧气注入单元向辅助药液槽注入氧气,使辅助药液槽中的刻蚀液能够被调节到预定的氧浓度。进而,利用辅助药液槽向主药液槽供给刻蚀液,可使主药液槽中的刻蚀液保持稳定的氧浓度,提高刻蚀液的刻蚀速率稳定性,实现晶圆刻蚀后其厚度及平整度的有效控制,还可延长作业腔的使用周期。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解,提供的附图用于更好地理解本发明,而不对本发明的范围构成任何限定。其中:
图1是本发明一实施例的刻蚀液供给装置的示意图;
图2是本发明一实施例的刻蚀液供给方法的流程图。
附图中:
10-主药液槽;11-硅浓度传感单元;12-氧浓度传感单元;20-辅助药液槽;21-氧气注入单元;30-作业腔;40-温控单元;50-刻蚀液供给端;60-药液管。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的,单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象,除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的,术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的,除非内容另外明确指出外。
本发明提供一种刻蚀液供给装置及方法,以解决刻蚀液对晶圆刻蚀速率稳定性较差的问题。
以下请参考附图进行描述。
请参考图1和图2,其中,图1是本发明一实施例的刻蚀液供给装置的示意图,图2是本发明一实施例的刻蚀液供给方法的流程图。
请参考图1,本实施例提供一种刻蚀液供给装置,其包括主药液槽10、辅助药液槽20及氧气注入单元21,所述氧气注入单元21被配置为向所述辅助药液槽20中的刻蚀液注入氧气,以使所述辅助药液槽20中的刻蚀液保持在预定的氧浓度;所述主药液槽10与所述辅助药液槽20连通,所述辅助药液槽中20中的刻蚀液用于供给所述主药液槽10,所述主药液槽10中的刻蚀液用于与作业腔30保持刻蚀液的交换。在一个示范性的实施例中,辅助药液槽20还与刻蚀液供给端50连通,刻蚀液供给端50用于向辅助药液槽20提供原始的刻蚀液,主药液槽10通过药液管60与辅助药液槽20连通;主药液槽10中的刻蚀液用于与至少一个作业腔30保持刻蚀液的交换。较佳的,主药液槽10与多个作业腔30(图1示出四个作业腔30)保持刻蚀液的交换,如此,可实现多个作业腔30同时刻蚀晶圆,提高晶圆的产量。由于主药液槽10中需要直接与作业腔30连通并进行刻蚀液的交换,因此如直接对其进行注氧,则容易产生氧浓度的波动而影响刻蚀的效果。故而本实施例采用独立设置的辅助药液槽20,在该辅助药液槽20中注氧调节氧浓度,形成缓冲,辅助药液槽20中完成氧浓度调节后的刻蚀液通过药液管60输送给主药液槽10,可以确保主药液槽10中的刻蚀液始终保持稳定的氧浓度。在一个较佳的实施例中,所述预定的氧浓度被配置为,氧浓度处于饱和状态。在另一些实施例中,预定的氧浓度被配置为实际工艺要求控制的范围内。本领域技术人员可根据实际对预定的氧浓度进行不同的设定。
基于本实施例提供的一种刻蚀液供给装置,请参考图2,本实施例相应地提供一种刻蚀液供给方法,所述刻蚀液供给方法包括:
S10:向辅助药液槽注入氧气,使所述辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;
S20:将所述辅助药液槽中的刻蚀液输送至主药液槽;
S30:利用所述主药液槽中的刻蚀液与作业腔保持刻蚀液的交换。
可选的,所述刻蚀液为TMAH(四甲基氢氧化铵)。TMAH刻蚀液中,四甲基铵离子较大,可不扩散地进入晶格中,且TMAH对氧化硅的选择性高。在其他一些实施例中,刻蚀液还可选择KOH溶液、肼等,本领域技术人员可根据实际工艺要求选择。
进一步地,所述刻蚀液供给装置还包括温控单元40,所述温控单元40被配置为调节所述辅助药液槽20中的刻蚀液至第二预定值,以及调节所述主药液槽10中的刻蚀液至所述第二预定值。
相应地,所述刻蚀液供给方法还包括:
S21:将所述辅助药液槽中的刻蚀液的温度调至第二预定值,以及调节所述主药液槽中的刻蚀液的温度至第二预定值。
如此配置,使主药液槽10中的刻蚀液保持在稳定的温度,防止辅助药液槽20向主药液槽10输送新的刻蚀液时,主药液槽10中的刻蚀液的出现温度波动的情况。由于刻蚀液的刻蚀速率随温度的升高而增加,故进一步可提高刻蚀工艺的稳定性。在一个较佳的实施例中,第二预定值的范围控制在70℃~90℃。在其它一些实施例中,第二预定值可根据实际工艺要求范围进行设定。
更进一步地,所述温控单元40还可用于调节药液管60中的刻蚀液的温度至第二预定值。在实际工艺中,药液管60还可用于对刻蚀液进行保温,且药液管60应尽量短,从而缩短辅助药液槽20中的刻蚀液至主药液槽10之间的传输距离,加强对刻蚀液的温度的控制效果。温控单元40还可包括第一温控模块、第二温控模块及第三温控模块,其中,第一温控单元用于调节辅助药液槽20中刻蚀液的温度至第二预定值,第二温控单元用于调节主药液槽10中的刻蚀液的温度至第二预定值,第三温控单元用于调节药液管60中的刻蚀液的温度至第二预定值。
进一步地,所述主药液槽10包括硅浓度传感单元11,所述硅浓度传感单元11用于检测所述主药液槽10中的刻蚀液的硅浓度值;当所述硅浓度传感单元11所检测到的硅浓度值达到第一预定值时,所述主药液槽10用于排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽20用于向所述主药液槽10供给与所述主药液槽10排出的体积相等的刻蚀液。
相应地,所述刻蚀液供给方法还包括:
S22:获取所述主药液槽中的刻蚀液的硅浓度值;当所述硅浓度值达到第一预定值时,控制所述主药液槽排出一部分的刻蚀液,并由所述辅助药液槽向所述主药液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
一般的,随着刻蚀的进程,主药液槽中的硅浓度会逐渐上升,硅浓度传感单元11检测主药液槽10中的刻蚀液的实时硅浓度,所述第一预定值可根据工艺要求设定一硅浓度值触发点,当硅浓度检测到的硅浓度值达到硅浓度值触发点时,主药液槽10排出一部分刻蚀液,随后辅助药液槽20向主药液槽10输送主药液槽10排出的相同体积的刻蚀液。需理解,这里一部分刻蚀液的体积可根据实际进行设定。如此配置,主药液槽10通过少量多次排出及补充刻蚀液,避免主药液槽10一次性更换所有刻蚀液,从而节省更换刻蚀液的时间,并将主药液槽10中的刻蚀液的杂质硅浓度控制在工艺要求的范围内。
进一步地,所述主药液槽10包括氧浓度传感单元12,所述氧浓度传感单元12用于检测所述主药液槽10中的刻蚀液的氧浓度值;当所述氧浓度传感单元12所检测到的氧浓度值偏离预设范围时,所述主药液槽10用于排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽20用于向所述主药液槽10供给与所述主药液槽10排出的体积相等的刻蚀液。
相应地,所述刻蚀液供给方法还包括:
S23:获取所述主药液槽中的刻蚀液的氧浓度值;当所述氧浓度值偏离预设范围时,控制所述主药液槽排出一部分的刻蚀液,并由所述辅助药液槽向所述主药液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
在实际工艺中,主药液槽10中的刻蚀液的氧浓度随作业腔30作业的时间或随刻蚀液在主药液槽10中放置的时间增加而升高,严重影响刻蚀液对晶圆的刻蚀速率稳定性。通过设置氧浓度传感单元12检测主药液槽10中的刻蚀液,当氧浓度值偏离预设范围时,主药液槽排出一部分的刻蚀液,并由所述辅助药液槽20向所述主药液槽10补充刻蚀液,通过少量多次的排放和补充,将主药液槽10中刻蚀液的氧浓度控制在预设范围内,使刻蚀液的对晶圆的刻蚀速率稳定。
更进一步地,所述辅助药液槽20包括第二氧浓度传感单元(未图示),其用于检测辅助药液槽20中刻蚀液的氧浓度值;当第二氧浓度传感单元所检测的氧浓度值偏离预设范围时,所述氧气注入单元12用于向辅助药液槽20中注入氧气,以使辅助药液槽20中的刻蚀液的氧浓度值达到预定的氧浓度。
进一步地,所述主药液槽10被配置为按预定时间间隔排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽20被配置为向所述主药液槽10供给与所述主药液槽10排出的体积相等的刻蚀液。
相应地,所述刻蚀液供给方法还包括:
S24:控制所述主药液槽按预定时间间隔排出一部分的刻蚀液,并由所述辅助药液槽向所述主要液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
具体实施时,本领域技术人员可根据实际对时间间隔和排出的刻蚀液的体积进行设置。如此设置,可实现主药液槽10少量多次排出及补充刻蚀液,避免主药液槽10一次性更换所有刻蚀液,从而节省更换刻蚀液的时间,提高相关刻蚀设备的使用率。
需要说明的是,在实际工艺中,步骤S21可在S20后进行,也可在步骤S21、S22或S23之后进行。
综上所述,在本发明提供的刻蚀液供给装置及方法中,所述刻蚀液供给装置包括主药液槽、辅助药液槽及氧气注入单元,所述氧气注入单元向辅助药液槽中的刻蚀液注入氧气,以使辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;主药液槽与辅助药液槽连通,并将辅助药液槽中的刻蚀液供给主药液槽,所述主药液槽中的刻蚀液用于与作业腔保持刻蚀液的交换。如此配置,通过设置辅助药液槽作为刻蚀液的缓冲容置槽,通过氧气注入单元向辅助药液槽注入氧气,使辅助药液槽中的刻蚀液能够被调节到预定的氧浓度。进而,利用辅助药液槽向主药液槽供给刻蚀液,可使主药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度,提高刻蚀液的刻蚀速率稳定性,实现晶圆刻蚀后其厚度及平整度的有效控制,还可延长作业腔的使用周期
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种刻蚀液供给装置,其特征在于,包括:主药液槽、辅助药液槽及氧气注入单元,
所述氧气注入单元被配置为向所述辅助药液槽中的刻蚀液注入氧气,以使所述辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;
所述主药液槽与所述辅助药液槽连通,所述辅助药液槽中的刻蚀液用于供给所述主药液槽,所述主药液槽中的刻蚀液用于与作业腔保持刻蚀液的交换。
2.根据权利要求1所述的刻蚀液供给装置,其特征在于:所述主药液槽包括硅浓度传感单元,所述硅浓度传感单元用于检测所述主药液槽中的刻蚀液的硅浓度值;当所述硅浓度传感单元所检测到的硅浓度值达到第一预定值时,所述主药液槽用于排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽用于向所述主药液槽供给与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
3.根据权利要求1所述的刻蚀液供给装置,其特征在于:所述主药液槽包括氧浓度传感单元,所述氧浓度传感单元用于检测所述主药液槽中的刻蚀液的氧浓度值;当所述氧浓度传感单元所检测到的氧浓度值偏离预设范围时,所述主药液槽用于排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽用于向所述主药液槽供给与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
4.根据泉流要求1所述的刻蚀液供给装置,其特征在于:所述刻蚀液供给装置还包括温控单元,所述温控单元被配置为调节所述辅助药液槽中的刻蚀液的温度至第二预定值,以及调节所述主药液槽中的刻蚀液的温度至所述第二预定值。
5.根据权利要求1所述的刻蚀液供给装置,其特征在于:所述主药液槽被配置为按预定时间间隔排出一部分的刻蚀液,所述辅助药液槽被配置为向所述主药液槽供给与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
6.一种刻蚀液供给方法,其特征在于,包括:
向辅助药液槽注入氧气,使所述辅助药液槽中的刻蚀液保持预定的氧浓度;
将所述辅助药液槽中的刻蚀液输送至主药液槽;
利用所述主药液槽中的刻蚀液与作业腔保持刻蚀液的交换。
7.根据权利要求6所述的刻蚀液供给方法,其特征在于:所述刻蚀液供给方法还包括:获取所述主药液槽中刻蚀液的硅浓度值;
当所述硅浓度值达到第一预定值时,控制所述主药液槽排出一部分的刻蚀液,并自所述辅助药液槽向所述主药液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
8.根据权利要求6所述的刻蚀液供给方法,其特征在于:所述刻蚀液供给方法还包括:获取所述主药液槽中的刻蚀液的氧浓度值;
当所述氧浓度值偏离预设范围时,控制所述主药液槽排出一部分的刻蚀液,并自所述辅助药液槽向所述主药液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
9.根据权利要求6所述的刻蚀液供给方法,其特征在于:所述刻蚀液供给方法还包括:
将所述辅助药液槽中的刻蚀液的温度调节至第二预定值,以及将所述主药液槽中的刻蚀液的温度调节至所述第二预定值。
10.根据权利要求6所述的刻蚀液供给方法,其特征在于:所述刻蚀液供给方法还包括:
控制所述主药液槽按预定时间间隔排出一部分的刻蚀液,并自所述辅助药液槽向所述主药液槽补充与所述主药液槽排出的体积相等的刻蚀液。
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